第2章机械系统设计技术教程.doc

第2章 机械系统设计技术 机械设计概述 1 传动机构的设计 支撑导向部件的设计 执行机构的设计 部件应用实例 2 3 4 53  本章学习目标 1、了解机械设计的基本知识 2、常用机械零件设计的基本理论和基本方法 3、相关标准、规范的选用选择 4、机械零件优化设计的思维模式  2.1 机械设计概述 ? 机电一体化对机械系统的要求 ?高精度 精度直接影响产品的质量，如果机械系统的精度 不能满足要求，则无论机电一体化产品其它系统 工作再精确，也无法完成其预定的机械操作。 ?快速响应 要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的 任务之间的时间间隔短。 ?良好的稳定性 要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响， 抗干扰能力强。  2.1 机械设计概述 ? 机械系统的组成 ?传动机构 ?导向机构 ?执行机构  2.1 机械设计概述 ? 机械系统的组成 ?传动机构 传统的机械传动是一种把动力机产生的运动和动 力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转 速的变换器，其目的是使驱动电动机与负载之间 在扭矩和转速上得到合理的匹配。在机电一体化 系统中，普遍采用计算机控制和具有动力、变速 与执行等多重功能的伺服电动机。   2.1 机械设计概述 ? 机械系统的组成 ?导向机构 不仅要支承、固定和联接系统中的其它零部件， 还要保证这些零部件之间的相互位置要求和相对 运动的精度要求，为机械系统中各运动装置能安 全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。 ?执行机构 最终完成操作任务的部分。执行机构根据操作指 令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。 与传统的执行机构相比，机电一体化系统的简化 了机械执行机构，而充分发挥计算机的协调和控 制功能。  2.1 机械设计概述 ? 机械参数对系统性能的影响 ?刚度：减小产品本体的振动，降低噪声，保证执行精度。 ?惯量：转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大， 系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易 产生谐振。 ?摩擦：降低机械系统阻力，提高系统的快速响应性。 ?传动误差 ?谐振频率  2.2 传动机构的设计 ? 传动结构设计要求 传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对系 统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。 ?高精度 精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产 品，其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械 产品都有很大的提高，因此机电一体化机械系统 的高精度是其首要的要求。如果机械系统的精度 不能满足要求，则无论机电一体化产品其它系统 工作怎样精确，也无法完成其预定的机械操作。 ?高刚度 采用高刚性支撑或架体，以减小产品本体的振动， 降低噪声；为高精度的执行机构提供良好的支撑， 保证执行精度。  2.2 传动机构的设计 ? 传动结构设计要求 ?低摩擦 导向和转动支撑部分采用低摩擦阻力部件，以降 低机械系统阻力，提高系统的快速响应性。 ?良好的稳定性 即要求机械系统的工作性能受外界环境的影响小， 抗干扰能力强。 ?高速化 ?小型化、轻量化  2.2 传动机构的设计 ? 机械传动装置 传统的机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执 行机构的中间装置。 常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带、高 速带传动以及各种非线性传动部件等。 实质上是转矩、转速变换器，使动力元件与负载之间在转 矩与转速方面得到最佳匹配。  2.2 传动机构的设计 ? 传动结构分类 联轴器 减速器 齿轮传动 滚珠丝杠传动机构 带传动  2.2 传动机构的设计 ? 带传动——组成及原理 主动轮 、从动轮、张紧在两轮上的环型传动带。 原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮 合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。  2.2 传动机构的设计 ? 带传动——类型  2.2 传动机构的设计 ? 带传动——特点 （1）优点 传动平稳，噪声小；过载时，起安全保护作用；适用于两轴 中心距较大的场合；结构简单，制造、安装和维护方便，成 本低。 （2）缺点 带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的传动比；传动 效率较低，寿命短；传动的外廓尺寸大；带传动需要张紧， 支撑带轮的轴和轴承受力较大；带传动中的摩擦会产生电 火花，不宜用于易燃、易爆等场合。 动画 动画  2.2 传动机构的设计 ? 带传动——参数及计算 包角α、基准长度Ld、中心距a及带轮直径dd1、dd2 。 ? ? v1 ?v 2 ?100% 滑动率?： v1 ?d n1 式中：v1为主动